Dokument: Neuromagnetische Untersuchungen des motorischen und sensorischen Systems bei Pateinten mit Gilles de la Tourette Syndrom

Titel:Neuromagnetische Untersuchungen des motorischen und sensorischen Systems bei Pateinten mit Gilles de la Tourette Syndrom
Weiterer Titel:Analyses of neuromagnetic brain activity during motor and sensory processing in Gilles de la Tourette syndrome
URL für Lesezeichen:https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=15502
URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20100720-145141-5
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Deutsch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Franzkowiak, Stephanie [Autor]
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Dateien vom 20.07.2010 / geändert 20.07.2010
Beitragende:Prof. Dr. Schnitzler, Alfons [Betreuer/Doktorvater]
Prof. Dr. Rose, Christine [Gutachter]
Stichwörter:Gilles de la Tourette Syndrom, sensorische Verarbeitung, voluntarische Bewegungen, Oszillationen. Magnetenzephalographie
Dewey Dezimal-Klassifikation:500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:Das Gilles de la Tourette Syndrom (GTS) ist eine neuropsychiatrische Erkrankung, die durch das Auftreten von motorischen und vokalen Tics gekennzeichnet ist. Es gibt Hinweise darauf, dass motorische Regelkreise bei GTS-Patienten gestört sind. Als Hauptursache von GTS wird eine abnorme Basalganglienaktivität angenom-men, die möglicherweise zu einer Überaktivierung kortikaler Areale führt. Vo-rausgehende Studien zeigten eine verstärkte Exzitabilitität des primären Motor-kortex (M1) bei GTS-Patienten in Ruhe, die möglicherweise mit der Tic-Entstehung in Zusammenhang steht. Der Aktivitätsverlauf während der Ausfüh-rung einfacher voluntarischer Bewegungen wurde bisher kaum untersucht. Wei-terhin wurden eine erhöhte Sensitivität gegenüber externen Stimuli sowie eine veränderte sensomotorische Integration bei GTS-Patienten nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit wurde die kortikale oszillatorische Aktivität bei GTS-Patienten und gesunden Kontrollprobanden während motorischer und sensori-scher Verarbeitung mittels Magnetenzephalographie (MEG) untersucht. Von be-sonderem Interesse war die oszillatorische Aktivität im Alpha- und Beta-Frequenzband, da diese Rhythmen im primären sensomotorischen Kortex (S1/M1) auftreten. Alpha-Oszillationen (8-12 Hz) werden insbesondere im primä-ren somatosensorischen Kortex (S1) generiert und sind somit eher mit sensorischer Verarbeitung assoziiert, Beta-Oszillationen (13-24 Hz) dagegen sind in M1 lokali-siert und. Im ersten Versuchsteil führten beide Gruppen voluntarische Fingerbe-wegungen aus, während die Gehirnaktivität mittels MEG aufgezeichnet wurde. Die Analyse der lokalen oszillatorischen Aktivität erbrachte einen signifikanten Unterschied in der zeitlichen Modulation der rhythmischen Beta-Aktivität. Vor Bewegungsbeginn und während Bewegungsausführung war die Amplitude der ereigniskorrelierten Desynchronisation (event-related-desynchronization; ERD), die einen Zustand motorkortikaler Aktivität darstellt, im kontralateralen M1 in der Patientengruppe signifikant erhöht. Nach Bewegungstermination zeigte sich in der Patientengruppe eine signifikant stärkere Inhibition im ipsilateralen M1, die durch das Maß der ereigniskorrelierten Synchronisation (event-related-synchronization; ERS) gemessen wurde. Diese Maße korrelierten in der Patienten-gruppe miteinander, jedoch nicht in der Kontrollgruppe. Des Weiteren zeigte sich eine negative Korrelation zwischen der ipsilateralen Inhibition und der Tic-Schwere. Diese Daten deuten auf ein abnormes Aktivitätsmuster von erhöhter Aktivität gefolgt von erhöhter Inhibition bei GTS-Patienten hin. Die erhöhte M1-Aktivität im kontralateralen M1 spiegelt möglicherweise ein pathophysiologisches Korrelat von GTS wider. Im Gegensatz dazu deutet die inverse Korrelation zwi-schen der gesteigerten ipsilateralen Inhibition und der Tic-Schwere auf einen Kompensationsmechanismus hin. Patienten, die eine stärkere Inhibition aufwie-sen, waren geringer von Tics betroffen. Die Analyse der kortiko-kortikalen Kohä-renz als Maß der funktionellen Interaktion zeigte eine erhöhte funktionelle Inter-aktion zwischen dem kontralateralen M1 und dem supplementären motorischen Areal (SMA) besonders in der Bewegungsvorbereitungs und -ausführungsphase in der Patientengruppe. Dieser Befund könnte einen Hinweis auf die bei Patienten vermutete abnorm verstärkte Afferenz aus den Basalganglien liefern, die schließ-lich zu einer Aktivitätssteigerung motorkortikaler Aktivität führt. Alternativ könn-te es sich um eine adaptive Änderung des motorischen Systems handeln, die der Tic-Entstehung entgegenwirkt. Im zweiten Versuchsteil wurde eine elektrische Stimulation am Nervus medianus appliziert und die lokale oszillatorische Aktivi-tät in S1 und in M1 untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Abnahme der Modulation des Alpha-Rhythmus bei GTS-Patienten. Sowohl ERD als auch ERS waren signifikant reduziert. Dieser Befund deutet auf eine Beteiligung des somatosensorischen Systems bei GTS-Patienten hin und könnte als Hinweis auf einen Kompensationsmechanismus von S1 erklärt werden, um starke sensorische Afferenzen zu unterdrücken. Dies könnte verhindern, dass durch eine verstärkte Weiterleitung der Informationen von S1 zu M1 Tics als Reaktion auf externe Reize ausgelöst werden.
Zusammenfassend zeigen die Daten der vorliegenden Arbeit Aktivitätsverände-rungen in S1/M1 von GTS-Patienten. Während sich bei der Verarbeitung volunta-rischer Bewegungen bei GTS-Patienten ein Muster von verstärkter Aktivierung gefolgt von verstärkter Inhibition zeigt, sind nach sensorischer Stimulation die Aktivierung sowie die Inhibition bei GTS-Patienten verringert.

Gilles de la Tourette syndrome (GTS) is a neuropsychiatric disorder characterized by multiple motor and vocal tics. There is evidence for an abnormal processing of motor and sensory information which is mainly due to alterations of cortico-striato-thalamo-cortical circuits rising within the basal ganglia. Using magnetoen-cephalography (MEG), a non-invasive method to record neuromagnetic brain ac-tivity, cortical oscillatory activity was investigated in GTS-patients and healthy control subjects during voluntary finger movements and during electrical stimula-tion of the median nerve. Typically, voluntary movements are accompanied by a modulation of cortical rhythms of the primary sensorimotor cortex (S1/M1) indi-cated by event-related-desynchronization (ERD) and event-related-synchroni-zation (ERS). ERD has been associated with increased excitability of S1/M1, whereas ERS most likely represents its deactivation. ERD and ERS occur at alpha- and beta-frequency. The alpha-rhythm (8-12 Hz) is generated mainly in the pri-mary somatosensory cortex (S1) and is related to sensory processing whereas the beta-rhythm (13-24 Hz) is generated mainly in the primary motor cortex (M1). In the first study, participants performed simple voluntary movements. The results of the first analyses indicate increased activation of the contralateral M1 and a sig-nificantly stronger inhibition of the ipsilateral M1 at beta-frequency. Furthermore, the contralateral activation and the ipsilateral inhibition were significantly corre-lated with each other in GTS-patients but not in controls. Additionally, amplitudes of ipsilateral ERS and tic severity were inversely correlated. The observed pattern of increased activation prior to and during movement execution followed by in-creased inhibition after movement termination at beta-frequency in GTS suggests abnormally increased motor cortical activation possibly driving stronger inhibi-tion. While increased activation might reflect a pathophysiological correlate of GTS increased inhibition most likely represents a compensatory mechanism to suppress tics. The more efficient such inhibition is the better symptoms appear to be controlled.
The analyses of cerebro-cerebral coherence as a measurement of functional connec-tivity between brain areas revealed a significantly increased coherence between SMA and contralateral M1 in GTS-patients particularly during movement prepara-tion and execution. The increased functional connectivity might be driven by basal ganglia dysfunction possibly reflecting a pathophysiological marker of GTS. Al-ternatively, the increased coherence might represent an adaptive mechanism of the motor system to prevent tics.
In the second experiment, the oscillatory activity induced by sensory stimulation was investigated in GTS-patients compared to healthy control subjects. To this end, electrical stimulation was applied to the median nerve and local oscillatory activity within S1 and M1 was analyzed. The analysis showed a reduced ERD and ERS-amplitude at alpha-frequency while no differences at beta-frequency were evident. Therefore, one might speculate that the observed differences between GTS-patients and controls reflect an adaptation of the somatosensory system to compensate strong sensory input. Inhibiting sensory input to S1 might suppress exaggerated input to M1, thereby minimizing the number of tics initiated in re-sponse to external stimuli.
To summarize, the present studies indicate alterations of sensorimotor cortical activity in GTS-patients. During the performance of voluntary movements the data show a pattern of increased activation followed by increased inhibition in GTS-patients. In contrast, during processing of sensory information both activa-tion and inhibition were decreased in GTS-patients.
Fachbereich / Einrichtung:Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:20.07.2010
Dateien geändert am:20.07.2010
Promotionsantrag am:12.03.2010
Datum der Promotion:27.05.2010
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